细说STM32F407单片机FSMC连接外部SRAM的方法及HAL驱动

一、FSMC连接外部SRAM的原理

1、 FSMC控制区域的划分

2、SRAM芯片与MCU的连接

二、访问外部SRAM的HAL驱动程序

1、外部SRAM初始化与控制

2、外部SRAM读写函数

3、直接通过指针访问外部SRAM

4、DMA方式读写外部SRAM

本文介绍STM32F407单片机FSMC连接外部SRAM及以轮询方式读写外部SRAM的方法。本文将继续使用旺宝红龙开发板STM32F407ZGT6 KIT V1.0。

FSMC的Bank1除能连接TFT LC外，还可以用于连接外部的SRAM、NOR FLASH、PSRAM等存储器。STM32F407ZG有192KB的SRAM存储器，一般的应用程序足够用了，但是在使用GUI等需要大量内存的功能时，就需要扩展SRAM了。

一、FSMC连接外部SRAM的原理

1、 FSMC控制区域的划分

FSMC控制器的存储区分为4个区(Bank)，每个区256MB。其中，Bank1可以用于连接SRAM、NOR FLASH、PSRAM，还可以连接TFT LCD。Bank1的地址范围是0x60000000～0x6FFFFFFF。Bank1又分为4个子区，每个子区寻址空间是64MB，占用26位地址线。4个子区的地址范围分别如下。

Bank 1子区1:0x60000000～0x63FFFFFF。
Bank 1子区2:0x64000000～0x67FFFFFF。
Bank 1子区3:0x68000000～0x6BFFFFFF(开发板上用于外扩SRAM)。
Bank 1子区4:0x6C000000～0x6FFFFFFF(开发板上用于连接TFTLCD)。

每个子区有一个专用的片选信号。本文将使用Bank 1子区3连接一个1MB的SRAM芯片，为系统扩展内存。

2、SRAM芯片与MCU的连接

在开发板上有一个SRAM芯片IS61LV25616AL，这是一个16位宽256K容量(256K×16位，即512KB)的静态内存芯片。在开发板上它与MCU的连接电路如图所示。芯片几个主要管脚的功能，以及与MCU的连接原理如下。

A0至A18是19根地址线，连接FSMC的19根地址线，即FSMC_A0至FSMC_A18。
I/O0至I/O15是16位数据线，连接FSMC的FSMC_D0至FSMC_D15数据线。
CE是芯片的片选信号，连接MCU的FSMC_NE3(PG10引脚)，也就是Bank 1子区3的片选信号。
OE是输出使能信号，连接MCU的FSMC_NOE(PD4引脚)，是读数据时的使能信号。
WE是写使能信号，连接MCU的FSMC_NWE(PD5引脚)，是写数据使能信号。
UB是高字节使能信号，连接MCU的FSMC_NBL1(PE1引脚)。
LB是低字节使能信号，连接MCU的FSMC_NBL0(PE0引脚)。

通过UB和LB的控制可以只读取一个地址的高字节(I/O15～I/O8)或低字节(I/O7～I/O0)数据，或读取16位数据。IS61LV25616AL有19根地址线，能表示的地址范围是512K，偏移地址范围是0x00000～0x7FFFF。但是IS61LV25616AL的数据宽度是16位，实际存储容量是512KB，按字节寻址范围是512K，偏移地址范围是0x00000～0x3FFFF。因为Bank 1子区3的起始地址是0x68000000，所以IS61LV25616AL全部512KB的地址范围是0x68000000～0x6803FFFF。FSMC_NBL1和FSMC_NBL0控制高位字节和低位字节访问，实现全部512KB存储空间的访问。

二、访问外部SRAM的HAL驱动程序

1、外部SRAM初始化与控制

访问外部SRAM的HAL驱动程序头文件是stm32f4xx_hal_sram.h，包括SRAM初始化函数、控制函数、读写函数和DMA方式读写函数等。SRAM初始化和控制的函数如表所示。

函数名	功能描述
HAL_SRAM_Init()	外部SRAM初始化函数，主要是FSMC访问接口的定义
HAL_SRAM_MspInit()	外部SRAM初始化MSP函数，需重新实现，主要是GPIO配置和中断设置
HAL_SRAM_WriteOperation_Enable()	使能SRAM存储器的写操作
HAL SRAM_WriteOperation_Disable()	禁止SRAM存储器的写操作
HAL_SRAM_GetState()	返回SRAM存储器的当前状态，返回值是枚举类型HAL_ SRAM_StateTypeDef

函数HAL_SRAM_Init()用于外部SRAM的初始化，其原型定义如下：

HAL_StatusTypeDef HAL_SRAM_Init(SRAM_HandleTypeDef *hsram,FMC_NORSRAM_TimingTypeDef*Timing,FMC_NORSRAM_TimingTypeDef *ExtTiming);

其中，参数hsram是SRAM_HandleTypeDef结构体类型指针，是FSMC子区对象的指针；Timing和ExtTiming是FSMC读写时序的对象指针。

函数HAL_SRAM_Init()由CubeMX生成的FSMC外设初始化函数调用。初始化程序文件里会定义一个FSMC子区外设对象变量，例如，开发板上使用FSMC Bank 1的子区3访问外部SRAM，定义的FSMC子区外设对象变量如下：

SRAM_HandleTypeDef hsram3;	//访问外部SRAM的FSMC子区外设对象变量

结构体SRAM_HandleTypeDef和FMC_NORSRAM_TimingTypeDef各成员变量的意义在CubeMX图形化设置和示例代码里解释。

表格里的其他函数都是需要一个SRAM_HandleTypeDef类型指针作为函数参数，例如，使能SRAM写操作和禁止SRAM写操作的两个函数的原型定义如下：

HAL_StatusTypeDef HAL_SRAM_WriteOperation_Enable(SRAM_HandleTypeDef *hsram);
HAL_StatusTypeDef HAL_SRAM_WriteOperation_Disable(SRAM_HandleTypeDef *hsram);

2、外部SRAM读写函数

文件stm32f4xx_hal_sram.h定义了几个读写外部SRAM数据的函数，如表所示。

函数名	功能描述
HAL_SRAM_Read_8b()	从指定地址读取指定长度的8位数据，存储到一个缓冲区
HAL_SRAM_Write_8b()	向指定地址写入一定长度的8位数据
HAL_SRAM_Read_16b()	从指定地址读取指定长度的16位数据，存储到一个缓冲区
HAL_SRAM_Write_16b()	向指定地址写入一定长度的16位数据
HAL_SRAM_Read_32b()	从指定地址读取指定长度的32位数据，存储到一个缓冲区
HAL_SRAM_Write_32b()	向指定地址写入一定长度的32位数据

这些函数可用于读写8位、16位、32位的数据，这几个函数的输入参数形式是相似的。例如，向外部SRAM写入8位数据的函数HAL_SRAM_Write_8b()的原型定义如下：

HAL_StatusTypeDef HAL_SRAM_Write_8b(SRAM_HandleTypeDef *hsram,uint32_t *pAddress,uint8_t *pSrcBuffer,uint32_t BufferSize)

其中，hsram是FSMC子区对象指针，pAddress是需要写入的SRAM目标地址指针，pSrcBuffer是源数据的缓冲区地址指针，BufferSize是源数据缓冲区长度(数据点个数)。开发板上使用FSMC的Bank 1子区3访问外部SRAM，Bank 1子区3的起始地址是0x68000000，那么向这个起始地址的外部SRAM写入一个字符串的示意代码如下：

uint32_t *pAddr=(uint32_t*)(0×68000000);//给指针赋值
uint8_t strIn[]="Moment in UPC";        //准备写入的字符串
uint16_t dataLen=sizeof(strIn);         //数据长度，包括最后的结束符'\O'
HAL_SRAM_Write_8b(&hsram3,pAddr,strIn,dataLen);

其中，第一行语句定义一个指向uint32_t类型数据的指针pAddr，指针的地址就是0x68000000。函数HAL_SRAM_Write_8b()写入的数据是以字节为单位的，其内部会将指向uint32_t类型数据的指针转换为指向uint8_t类型数据的指针，函数HAL_SRAM_Write_8b()中的第一行代码如下：

__IO uint8_t*pSramAddress =(uint8_t*)pAddress;

注意，因为STM32是32位处理器，所以指针总是32位的，因为指针保存的是地址数据。另两个写数据的函数的原型定义如下：

HAL_statusTypeDef HAL_SRAM_Write_16b(SRAM_HandleTypeDef *hsram,uint32_t *pAddress,
uint16_t*pSrcBuffer,uint32_t BufferSize)
HAL_statusTypeDef HAL_SRAM_Write_32b(SRAM HandleTypeDef *hsram,uint32_t *pAddress,
uint32_t *pSrcBuffer,uint32_t BufferSize)

读取8位数据的函数HAL_SRAM_Read_8b()的原型定义如下：

HAL_StatusTypeDef HAL_SRAM_Read_8b(SRAM_HandleTypeDef *hsram,uint32_t *pAddress,uint8_t *pDstBuffer,uint32_t BufferSize);

其中，pAddress是需要读取的SRAM目标地址指针，pDstBuffer是读出数据的缓冲区，BufferSize是缓冲区长度，即数据点个数。例如，从SRAM起始地址偏移1024字节处读取一个uint8_t类型数组数据的示意代码如下：

uint32_t *pAddr=(uint32_t*)(0x68000000+1024);uint8_t strOut[30]; //数据点个数
uint16_t dataLen=30;
HAL_SRAM_Read_8b(&hsram3,pAddr,strout,dataLen);                  //给指针赋值

另两个读数据的函数的原型定义如下：

HAL_StatusTypeDef HAL_SRAM_Read_16b(SRAM_HandleTypeDef *hsram,uint32_t *pAddress,uint16_t *pDstBuffer,uint32_t BufferSize)
HAL_StatusTypeDef HAL_SRAM_Read_32b(SRAM_HandleTypeDef *hsram,uint32_t *pAddress,uint32_t *pDstBuffer,uint32_t BufferSize)

这些读写函数中的参数BufferSize是缓冲区数据点个数，而不是字节数。传递给函数的SRAM目标地址指针都是uint32_t类型指针，函数内部会进行转换。SRAM目标地址指针应该注意数据对齐，不要使用奇数开始的地址。

3、直接通过指针访问外部SRAM

用户还可以直接使用指针访问外部SRAM的数据，实际上，HAL提供的前述几个数据读写函数就是用指针实现数据访问的。例如，向SRAM一个目标地址写入一批uint16_t类型数据的示意代码如下。

uint16_t num=1000;
uint16_t *pAddr_16b=(uint16_t*)(0x68000000); //16位数据的指针for(uint16_t i=0;i<10;i++)	//连续写入10个16位整数
{num += 5;			//直接向指针所指的地址写入数据*pAddr_16b = num;	//++一次，地址加2,因为是16位数据pAddr_16b++;printf("num= %X\r\n",num);
}

同样地，也可以通过指针读出数据，示意代码如下。

uint16_t num=0,data[10];
uint16_t *pAddr_16b = (uint16_t*)(0x68000000);	//指针赋值
for(uint16_t i=0;i<10;i++)	
{num=*pAddr_16b;		//直接从指针所指的地址读数data[i]=num;pAddr_16b++;		//++一次，地址加2,因为是16位数据
}

直接使用指针访问外部SRAM的数据时，要注意指针指向数据的类型。比如，代码里是要访问16位数据，就要定义为uint16_t类型指针，如果要访问8位数据，就需要定义为uint8_t类型指针。

4、DMA方式读写外部SRAM

外部SRAM还可以通过DMA方式读写，DMA2控制器具有存储器到存储器的DMA流。文件stm32f4xx_hal_sram.h定义了两个DMA方式读写数据的函数和相关的回调函数，如表所示：

函数名	功能
HAL_SRAM_Read_DMA()	以DMA方式从指定地址读取一定长度的32位数据
HAL_SRAM_Write_DMA()	以DMA方式向指定地址写入一定长度的32位数据
HAL_SRAM_DMA_XferCpltCallback()	DMA流传输完成事件中断的回调函数
HAL_SRAM_DMA_XferErrorCallback()	DMA流传输错误事件中断的回调函数

一个FSMC子区只能关联一个DMA流，而且不区分发送和接收，所以这两个DMA读写函数在传输完成时的回调函数都是HAL_SRAM_DMA_XferCpltCallback()，需要用户在程序里添加代码进行DMA传输方向识别和控制。

函数HAL SRAM_Write_DMA()的原型定义如下：

HAL_StatusTypeDef HAL_SRAM_Write_DMA(SRAM_HandleTypeDef *hsram,uint32_t*pAddress,uint32_t *pSrcBuffer,uint32_t BufferSize)

其中，hsram是FSMC子区对象指针，pAddress是SRAM目标地址指针，pSrcBuffer是源数据缓冲区指针，BufferSize是缓冲区长度，是数据点个数，而不是字节数。函数HAL_SRAM_Read_DMA()的原型定义如下：

HAL_StatusTypeDef HAL_SRAM_Read_DMA(SRAM_HandleTypeDef *hsram,uint32_t *pAddress,uint32_t *pDstBuffer,uint32_t BufferSize)

这两个DMA方式读写函数只能读写uint32_t类型数据，参数BufferSize是缓冲区数据点个数，而不是字节数。